專(zhuān)利名稱(chēng)：制造硅單晶的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一中配備加料裝置的制造硅單晶的設(shè)備，該加料裝置可將硅粒原料連續(xù)加進(jìn)坩堝。
在此之前，用引上法(Chochralski)制造硅單晶的公知設(shè)備包括這樣一類(lèi)設(shè)備，它可連續(xù)提拉單晶硅，同時(shí)將顆粒原料加進(jìn)坩堝。在此情況下，一般選用振動(dòng)加料器作原料加料器是由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。振動(dòng)加料器就是把原料顆粒加到振動(dòng)板上，通過(guò)振板振動(dòng)加進(jìn)原料粒。采用這種辦法，加料速度僅通過(guò)控制振板的振動(dòng)幅度或振動(dòng)次數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。日本專(zhuān)利公開(kāi)JP-61-17537提供了一種類(lèi)型的振動(dòng)加粒器。
使用這種加料器，原料尺寸的大小顯著影響原料的進(jìn)料速度。換言之，進(jìn)料速度將隨原料顆粒尺寸的增大而增加，隨顆粒尺寸的減小而降低。硅粒的實(shí)際尺寸變化很大，它的粒度分布范圍為大約0.1-5mmφ。
此外，將這些顆粒完全混和是困難的。所以，只分離大顆?；蛑环蛛x小顆粒的情況在所難免。因此在振動(dòng)加料器的情況下，因原料粒的這一分離現(xiàn)象而造成進(jìn)料速度的改變亦不可避免。從單晶生長(zhǎng)的角度看，由于這種速度的變化改變了單晶生長(zhǎng)坩堝的熱場(chǎng)，所以它不合要求。
回轉(zhuǎn)閥是另外一類(lèi)的、可運(yùn)行的加料裝置。

圖11是回轉(zhuǎn)閥的剖視圖。數(shù)標(biāo)41是轉(zhuǎn)子，41a是軸，41b是葉片。42是外殼，43是顆粒貯存斗。在這種回轉(zhuǎn)閥中，轉(zhuǎn)子41有多個(gè)固定在軸41a上的葉片41b，并在外殼42內(nèi)旋轉(zhuǎn)。從上部貯料斗43排出的顆粒被送進(jìn)葉片41b和外殼42之間的空間，隨后相繼從外殼42的下部排出。
另一方面，顆粒在回轉(zhuǎn)閥中轉(zhuǎn)子葉片和外殼之間易于堵塞。發(fā)生這種情況時(shí)轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng)。
還有，由于顆粒在外殼內(nèi)以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，則顆粒在外殼內(nèi)表面產(chǎn)生磨擦。結(jié)果，外殼內(nèi)壁磨損。外殼內(nèi)壁磨損將導(dǎo)致硅晶體內(nèi)的雜質(zhì)?？紤]到這兩個(gè)問(wèn)題，使用回轉(zhuǎn)閥作為原料的加料方法并非優(yōu)選。
本發(fā)明的目的是提供一種硅粒加料裝置，該裝置用在連續(xù)加料型引上法制造硅單晶的設(shè)備中，該引上法生長(zhǎng)單晶的同時(shí)可將原料硅粒加進(jìn)坩堝。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種硅粒加料裝置，它包括一種轉(zhuǎn)筒，該轉(zhuǎn)筒外園表面上備有多個(gè)凸起或溝槽;并且包括一個(gè)臥式旋轉(zhuǎn)軸;硅粒貯存斗安置在轉(zhuǎn)筒上方;以及與轉(zhuǎn)筒和貯料斗相配套的箱體，箱體內(nèi)用惰性氣體代替大氣氣氛;貯料斗底部排出口和轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離要進(jìn)行選擇，使得該距離大于硅粒的最大直徑，還要使得從貯料斗底部排出口排出的硅粒在轉(zhuǎn)筒上邊堆積，形成一個(gè)停止轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)的靜止角，從而停止加料。
從貯料斗底部排出口排出的硅粒原料先降落到轉(zhuǎn)筒的外園表面上。因?yàn)檗D(zhuǎn)筒外園表面上有多個(gè)凸起或溝槽，硅粒原料不能脫離而停在外園表面。硅粒料只能隨轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)而向下降落。降落的硅原料被送進(jìn)坩堝。硅料的進(jìn)料速度將受轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速控制。
轉(zhuǎn)筒停轉(zhuǎn)時(shí)，由于有顆粒料的靜止角，從貯料斗底部排出口排出的硅粒料堆積在轉(zhuǎn)筒的外園表面。換言之，停止原料加進(jìn)坩堝。如果貯料斗底部排出口與轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離過(guò)大，就不會(huì)形成靜止角，因之硅粒也不會(huì)在停轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒上停留。與之相反，如果該距離小于硅粒的最大直徑，硅粒將在轉(zhuǎn)筒與底部排出口之間被擠塞，于是阻止轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。
影響硅粒原料進(jìn)料速度的因素是貯料斗底部排出口與轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速。進(jìn)料速度實(shí)際上不受原料顆粒尺寸的影響。因此在運(yùn)行中，硅粒的進(jìn)料速度可用控制筒轉(zhuǎn)速的方式來(lái)控制。
圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方案中硅粒原料加料裝置的縱向剖視圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面制成齒狀凸起的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
圖3是制成圖2凸起的轉(zhuǎn)筒和貯料斗底部排出口之間以靜止角使硅粒停留的狀態(tài)示意圖。
圖4是本發(fā)明另個(gè)實(shí)施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面形成彎拱狀溝槽的原料加料裝置剖視圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面部位形成平行平板狀凸起實(shí)例的示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面部位形成園柱狀凸起實(shí)例的示意圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面部位形成平行垅溝狀溝槽實(shí)例的示意圖。
圖8是由圖7所示溝槽改進(jìn)成網(wǎng)狀形式的示意圖。
圖9是作成凹坑狀溝槽實(shí)例的示意圖。
圖10是由圖6所示園柱狀凸起和圖9所示凹坑狀溝槽相結(jié)合使用的示意圖。
圖11是常規(guī)回轉(zhuǎn)閥實(shí)例的縱向剖視圖。
圖12是另個(gè)常規(guī)回轉(zhuǎn)閥實(shí)例的縱向剖視圖。
現(xiàn)參照附圖進(jìn)一步詳述本發(fā)明的實(shí)施方案。按照本發(fā)明的實(shí)施方案，圖1是硅原料加料裝置的縱向剖視圖。在制造硅單晶的設(shè)備中，在容器30的開(kāi)口24的上方，安裝一個(gè)通過(guò)閘閥23與容器30相連接的箱體11。箱體11充滿(mǎn)的惰性氣體同單晶硅的拉制腔中的一樣。在箱體11的頂部安裝一個(gè)能補(bǔ)充硅粒27的可拆卸的蓋20，可拆蓋20是通過(guò)O型密封圈21用螺栓固定在箱體11上。
箱體11的內(nèi)部裝有貯存硅粒27的貯料斗12，并可從其底部排出口排出硅粒料，一個(gè)托住貯料斗12的料斗料斗支架18，一個(gè)具有臥式旋轉(zhuǎn)軸16的轉(zhuǎn)筒14，第一個(gè)漏斗形導(dǎo)向管17和導(dǎo)管支架19。在容器30的開(kāi)口24處安裝第二個(gè)漏斗形導(dǎo)向管25，可直接將硅粒送進(jìn)坩堝。
轉(zhuǎn)筒14的外園表面形成多個(gè)凸起或溝槽15，以便阻止硅粒27脫離。圖2和圖3以及圖5到圖10每個(gè)都是一個(gè)凸起或溝槽15實(shí)例的示意圖或剖視圖。
圖2是齒狀凸起15的示意圖，圖3是制成圖2所示凸起的轉(zhuǎn)筒14和貯料斗排出口13的縱向剖視圖。
圖4是轉(zhuǎn)筒外園表面形成彎拱狀溝槽的原料加料裝置剖視圖，這種外表面形狀的轉(zhuǎn)筒14是易于制作的。
圖5和圖6所示為轉(zhuǎn)筒14的外園表面部位形成多個(gè)平行的平板狀凸起或多個(gè)適當(dāng)分布的柱狀凸起。
圖7，圖8和圖9所示為用來(lái)截住硅粒原料的轉(zhuǎn)筒外園表面形成溝槽的實(shí)例，圖7所示為相互平行的垅溝狀溝槽。
圖8是作成網(wǎng)狀的溝槽，圖9示出適當(dāng)分布的凹坑狀溝槽。
圖10為園柱狀凸起和凹坑狀溝槽相結(jié)合配置的情況。
根據(jù)上述解釋?zhuān)景l(fā)明實(shí)施過(guò)程運(yùn)行如下。裝入貯料斗12的硅粒27從貯料斗12底部排出口13連續(xù)排出，加到緊靠排出口13下方設(shè)置的轉(zhuǎn)筒14的外園表面。由于外園表面形成的多個(gè)凸起，阻止了進(jìn)料硅粒的脫離，因此它們停留在轉(zhuǎn)筒的外園表面。然后，硅粒隨轉(zhuǎn)筒14的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，結(jié)果它們靠重力從轉(zhuǎn)筒外園表面連繼降落。降落的硅粒通過(guò)第一和第二個(gè)漏斗形導(dǎo)向管被送進(jìn)坩堝。
硅粒27加料速度的確定，其根據(jù)是貯料斗12底部排出口13的下端與轉(zhuǎn)筒14的外園表面之間的距離以及轉(zhuǎn)筒14的轉(zhuǎn)速。從實(shí)際上看，硅粒加料速度的控制是以控制轉(zhuǎn)筒14的轉(zhuǎn)速方式來(lái)進(jìn)行的。
轉(zhuǎn)筒14停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，硅料以給定的靜止角堆積在轉(zhuǎn)筒14的上部。此時(shí)硅粒停止運(yùn)動(dòng)，向坩堝內(nèi)的加硅粒料也就停止了。
按照本實(shí)施方案的加料裝置，進(jìn)料速度與常規(guī)振動(dòng)加料器的不同，不受原料尺寸的影響，因而能夠穩(wěn)定地制備質(zhì)量?jī)?yōu)異的單晶。
另外，由于不存在轉(zhuǎn)筒外園表面所面臨的，正象在回轉(zhuǎn)閥所面臨的狀況，也就沒(méi)有外殼內(nèi)壁與轉(zhuǎn)筒外園表面之間造成硅粒料的擠塞以使轉(zhuǎn)筒停轉(zhuǎn)的問(wèn)題。
而且，也沒(méi)有由于外殼內(nèi)壁磨損而產(chǎn)生雜質(zhì)的問(wèn)題。
此外，在本實(shí)施方案的加料裝置中，貯料斗12，轉(zhuǎn)筒14和漏斗形導(dǎo)向管17及25與硅粒接觸的等等部件是由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制作的，完全具有防止任何雜質(zhì)進(jìn)入坩堝的作用。
按照本發(fā)明的硅料加粒裝置，原料的加料速度是穩(wěn)定的，也沒(méi)有材料污染的問(wèn)題。因此，原料連續(xù)加料型的引上法能夠?qū)嵤?，從而能制備高質(zhì)量的單晶硅。
權(quán)利要求
1.在連續(xù)送料型引上法制造硅單晶的設(shè)備中，包括一個(gè)將硅料連續(xù)送進(jìn)坩堝的加料裝置，其改進(jìn)之處包括一個(gè)充有減壓惰性氣體的箱體；該箱體內(nèi)安置一個(gè)轉(zhuǎn)筒并裝有一個(gè)臥式旋轉(zhuǎn)軸，在所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面上附有多個(gè)能截住顆粒的部件；一個(gè)安裝在所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒上方的貯料斗，該貯料斗底部排出口與所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離是這樣一個(gè)范圍，其最小值要大于所說(shuō)的硅粒最大直徑，其最大值則由一極限值構(gòu)成，該極限值以一個(gè)靜止角使所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒內(nèi)從所說(shuō)的排出口排出的所說(shuō)的硅粒停止轉(zhuǎn)動(dòng)因而堆積在所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中，在所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面上，所說(shuō)的能截住顆粒的部件包括多個(gè)凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中在所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面上，所說(shuō)的多個(gè)能截住顆粒的部件包括多個(gè)溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中在所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面上所說(shuō)的多個(gè)能截住顆粒的部件包括多個(gè)凸起和多個(gè)溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的凸起是齒狀凸起。
6.根據(jù)權(quán)利要求2制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的凸起包括多個(gè)與旋轉(zhuǎn)軸平行的板型凸起。
7.根據(jù)權(quán)利要求2制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的凸起包括多個(gè)各自獨(dú)立安置的園柱形凸起。
8.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的溝槽包括多個(gè)垅溝狀溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的溝槽包括多個(gè)網(wǎng)狀溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的溝槽包括多個(gè)凹坑狀溝槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求4制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒外園表面上所說(shuō)的多個(gè)能截住顆粒的部件包括多個(gè)園柱形凸起和多個(gè)凹坑狀溝槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中，與所說(shuō)的硅粒相接觸的所說(shuō)的貯料斗和所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒部件至少由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制造的。
13.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的溝槽包括多個(gè)彎拱形溝槽。
14.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中所說(shuō)的硅原料加料速度是以控制所說(shuō)的轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的方式來(lái)控制。
全文摘要
引上法制造硅單晶的設(shè)備，包括一個(gè)將硅粒原料連續(xù)送進(jìn)坩堝的加料裝置。該裝置包括一個(gè)充有減壓惰性氣體的箱體，箱體內(nèi)部安裝一個(gè)轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒外圓表面上有多個(gè)能截住顆粒原料的部件，在轉(zhuǎn)筒上方裝置一個(gè)貯料斗。加料裝置的配布要使貯料斗底部排出口與轉(zhuǎn)筒外圓表面之間的距離(縫隙)要大于硅粒的最大直徑，且該距離(縫隙)的最大值要足以使得硅粒能以一個(gè)靜止角堆積在這個(gè)距離(縫隙)上。轉(zhuǎn)筒外圓表面上能截住顆粒的部件采取各種任何凸起或溝槽的形式。
文檔編號(hào)C30B15/02GK1046360SQ9010247
公開(kāi)日1990年10月24日 申請(qǐng)日期1990年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月30日
發(fā)明者毛利吉男, 荒木健治, 黑田浩一 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社